Исчерпание запасов креатинфосфата в мышцах является основной причиной утомления при беге
Fitnesscity56.ru

Спортивный портал

Исчерпание запасов креатинфосфата в мышцах является основной причиной утомления при беге

Физиологические и биоэнергетические причины мышечного отказа

Физиологические и биоэнергетические причины мышечного отказа

Все спортсмены знают, что основным принципом силовой тренировки является выполнение заданного количества повторений в упражнении до отказа. То есть до того момента, когда выполнение последующего повторения становится невозможным. Вот только при всем видимом сходстве отказного повторения в любом силовом упражнении причины отказа на втором, шестом или пятнадцатом повторении различны. Давайте разберемся, что служит причиной мышечного отказа на каждом конкретном повторении. Рассмотрим все на примере жима штанги лежа.

Отказ на первом повторении
Это даже не отказ как таковой, а причина, по которой спортсмен не поднимает предельный вес в первой попытке, а во второй, отдохнув и настроившись, сумел его преодолеть. Этой причиной является нервный фактор, связанный с умением рекрутировать двигательные единицы. Есть еще технический момент, когда спортсмен ошибается и прикладывает усилия по неправильной траектории движения снаряда; но сегодня мы говорим о физиологических и биоэнергетических особенностях отказа. Рекрутировать все свои двигательные единицы – это очень сложная вещь, и этому специально надо учиться. Наша нервная система должна послать столько импульсов в спинной мозг, чтобы было возбуждено 100 % всех двигательных единиц и активизировались все мышечные волокна, задействованные в движении. Как правило, спортсменам соревновательного уровня это удается на 90 %, а новичкам и не тренирующимся – менее чем на 70 %, так что всегда есть резерв. Тренировки болгарских тяжелоатлетов по системе Ивана Абаджиева были направлены именно на то, чтобы спортсмен умел активировать все свои двигательные единицы. Мы будем говорить «все», предполагая 90 %. 10 % – это неприкосновенный запас на случай экстремальных жизненных ситуаций. Помните историю про старушку, вытащившую из горящего дома сундук со скарбом, который потом с трудом затаскивали четверо мужчин; или про полярного летчика, запрыгнувшего на крыло самолета, когда, развернувшись, увидел прямо перед собой белого медведя? Это как раз из той оперы. Под влиянием сильнейшего эмоционального стресса возможно рекрутировать 100 % двигательных единиц.

Отказ на втором или третьем повторении
На втором повторении причиной отказа также может являться нервный фактор, то есть недостаточное вовлечение в работу мышечных волокон, но уже здесь может быть и иная причина. При выполнении упражнения с большим весом за полсекунды работы тратится примерно половина запаса АТФ, находящегося в мышце, который восстанавливается за три-четыре секунды. Если второе повторение выполняется через одну-три секунды, то запаса АТФ в мышце недостаточно для выполнения следующего повторения.

Напомню физиологию мышечного сокращения
Сократительным аппаратом мышечного волокна (мышечной клетки) являются специальные органеллы – миофибриллы. Число миофибрилл в волокне достигает двух тысяч. Состоят миофибриллы из последовательно соединенных саркомеров, каждый из которых включает нити актина и миозина. Между актином и миозином могут образовываться мостики в присутствии кальция, который попадает в клетку при ее нервном возбуждении. При затрате энергии, заключенной в АТФ, может происходить поворот мостиков, т. е. сокращение миофибриллы, сокращение мышечного волокна и сокращение мышцы в целом. Энергии одной молекулы АТФ достаточно для одного поворота (гребка) миозиновых мостиков. Мостики расцепляются с актиновым филаментом, возвращаются в исходное положение, сцепляются с новым участком актина и делают гребок. Энергия АТФ в основном требуется для разъединения. Для очередного гребка нужна новая молекула АТФ. При недостаточном количестве молекул АТФ миофибрилла сократиться не сможет, несмотря на наличие нервного возбуждения клетки.
Количества АТФ в миофибриллах хватает на одну-две секунды высокоинтенсивной работы, но с первой же секунды работы в мышце разворачивается процесс ресинтеза миофибриллярных АТФ за счет КрФ (креатинфосфата). Одновременно с этим в мышце начинаются процессы аэробного и анаэробного гликолиза. Эти процессы менее мощные, чем расщепление КрФ, поэтому молекулы АТФ, образуемые при гликолизе, в первую очередь идут на ресинтез КрФ, и только после полного исчерпания запасов КрФ в мышце идут непосредственно на обеспечение мышечного сокращения. Аэробный гликолиз проходит в митохондриях ОМВ (окислительных мышечных волокон) и ПМВ (промежуточных мышечных волокон). В них молекула глюкозы расщепляется с участием кислорода, образуя 38 молекул АТФ, углекислый газ и воду. Анаэробный гликолиз проходит в саркоплазме ГМВ (гликолитических мышечных волокон), без участия кислорода. В результате него образуется две молекулы АТФ и молочная кислота. Молочная кислота – нейтральная молекула, но она может распадаться на лактат и ион водорода. Лактат – крупная молекула, поэтому не может участвовать в химических реакциях без участия ферментов, по этой причине он не может повредить клетке. Ион водорода – это самый маленький атом, к тому же заряженный, поэтому он способен проникать в сложные структуры, где приводит к существенным химическим разрушениям. Также ионы водорода препятствуют ионам кальция присоединяться к актину, что делает невозможным мышечное сокращение. Чем больше ионов водорода, тем больше закисление мышцы и разрушение в ней белковых структур, тем сложнее выполнить следующее повторение.
Отказ на четвертом-шестом повторении
При работе большей продолжительностью вес штанги соответственно ниже. Включается механизм рекрутирования мышечных волокон. Креатинфосфат уже начинает тратиться на восстановление АТФ, и уже начинается накопление молочной кислоты. Причина отказа комбинированная – из-за недостатка АТФ, связанная с исчерпанием запасов креатинфосфата и с появлением ионов водорода, которые затрудняют мышечное сокращение.

Отказ на седьмом-девятом повторении
Вес штанги еще ниже, соответственно, роль недостатка АТФ в причине наступления мышечного отказа уменьшается, так как процесс ресинтеза АТФ с помощью креатинфосфата проходит более активно, а роль ионов водорода увеличивается.

Отказ на десятом-пятнадцатом повторении
После 30 секунд работы, а это примерно 10-12 повторений, причина отказа – полное исчерпание креатинфосфата и скопление большого количества ионов водорода. Восстановление будет длиться очень долго. При увеличении количества повторений каждый повторный подход становится более тяжелым в связи с накоплением ионов водорода, а ионы водорода из клетки быстро не уходят (от двух минут до часа).
Работа свыше 15-20 повторений (40 секунд активной работы) не представляет никакого интереса с точки зрения силовой подготовки, поскольку в мышцах начинается сильнейший катаболизм из-за большой концентрации ионов водорода, которые сами по себе разрушают клетку. А кроме того, активизируются лизосомы, которые внутри клетки начинают «поедать» травмированные белковые структуры. Критерием оценки сильнейшего накопления ионов водорода служит сильное мышечное жжение, из-за которого, в общем-то, и приходится остановить выполнение упражнения. А если вы, например, сделали 20 повторов приседаний, и отказом послужил недостаток сил, то это уже не так критично.

Утомление. Укажите причины развития утомления при беге на 1000м?

Основными причинами утомления при выполнении длительных упражнений большой и умеренной мощности становятся факторы, связанные со снижением уровня энергообеспечения работающих мышц (исчерпание внутримышечных запасов гликогена, накопление продуктов неполного окисления жиров, избыточное накопление NН3 и ИМФ, развитие гипогликемического состояния), а также нарушение электрохимического сопряжения в работающих мышцах и ухудшение деятельности ЦНС в условиях выраженной гипертермии, дегидратации и сдвига электролитного баланса организма. Таким образом, при выполнении длительных упражнений большой и умеренной мощности причины, приводящие к возникновению утомления, носят комплексный характер.

В большинстве случаев первичным звеном в развитии утомления при выполнении длительных упражнений большой и умеренной мощности являются изменения в объеме и характере внутримышечных энергетических субстратов. В широком диапазоне усилий при длительной работе (начиная от 25 % VO2 max и выше) значительная доля в ресинтезе АТФ приходится на окисление углеводов. Окисление жиров характерно только для упражнений, относительная мощность которых не превышает 50 % уровня VO2 max.

Рис. 4. Изменение концентрации глюкозы, жирных кислот и лактата в крови при выполнении длительных упражнений

Анаэробные источники энергии (КрФ и гликоген) оказывают заметное влияние на энергетику работы только в тех видах длительных упражнений, относительная мощность которых превышает значения лактатного и креатинфосфатного порогов, локализованных на уровне 60-75 % VO2 max. В связи с изменяющимся характером энергетического обеспечения при длительной работе изменяется и динамика основных биохимических показателей крови (рис. 4). Содержание глюкозы в крови в процессе выполнения длительной работы заметно снижается в случае, когда длительность упражнения превышает 90 мин. Содержание молочной кислоты и свободных жирных кислот в крови сохраняется на уровне покоя до тех пор, пока не будет достигнуто значительное исчерпание углеводных ресурсов организма. С этого момента содержание этих метаболитов в крови проявляет тенденцию к повышению.

Конкретные причины утомления при длительной работе могут быть обусловлены неспособностью работающих мышц поддерживать заданную скорость ресинтеза АТФ из-за снижения углеводных запасов, а также нарушениями в деятельности ЦНС из-за накопления аммиака и кетоновых тел в организме.

Таким образом, при выполнении любого упражнения можно выделить ведущие, наиболее нагружаемые звенья обмена веществ и функции систем организма, возможности которых и определяют способность спортсмена выполнять упражнения на требуемом уровне интенсивности и продолжительности. Это могут быть регуляторные системы (ЦНС, вегетативная нервная, нейрогуморальная), системы вегетативного обеспечения (дыхание, кровообращение, кровь) и исполнительная (двигательная) система.

Комплексный анализ проблемы утомления в спорте, проведенный физиологами, биохимиками, а также специалистами в области теории и методики спортивной тренировки (Я.М. Коц, Н.Н. Яковлев, В.Н. Волков, Н.И. Волков, В.Д. Моногаров, В.Н. Платонов и др.), убедительно показал, что утомление следует рассматривать как следствие выхода из строя какого-либо компонента в сложной системе органов и функций либо как нарушение взаимосвязи между ними. Ведущим звеном в развитии утомления может стать любой орган и его функция, если проявится несоответствие между уровнем физической нагрузки и имеющимися функциональными резервами. Поэтому первопричиной снижения работоспособности могут быть исчерпание энергетических резервов, тканевая гипоксия, снижение ферментативной активности под влиянием “рабочего” метаболизма тканей, нарушение целостности функциональных структур из-за недостаточности их пластического обеспечения, изменение гомеостаза, нарушение нервной и гормональной регуляции и др.

Выяснение механизмов утомления играет важную роль в практике спорта для обоснования узловых положений спортивной тренировки. В частности, утомление расценивается как фактор, стимулирующий мобилизацию функциональных ресурсов, определяющий границы оптимального объема тренирующих воздействий и обеспечивающий эффективность протекания адаптации, успешность соревновательной деятельности и профилактику переадаптации.

Читать еще:  Бег на месте отзывы

Основы энергообеспечения мышечной деятельности

Конспект по мотивам «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость» (Янсен Петер)

Работающим мышцам необходима энергия. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это универсальный источник энергии. АТФ распадается до аденозиндифосфата (АДФ). При этом высвобождается энергия.

При интенсивной мышечной работе запасы АТФ расходуются за 2 секунды. АТФ непрерывно восстанавливается (ресинтез) из АДФ. Выделяют три системы ресинтеза АТФ:

Фосфатная система ресинтеза АТФ

Быстрый ресинтез АТФ в мышцах идет за счет креатинфосфата (КрФ). Запаса КрФ в мышцах хватает на 6-8 секунд интенсивной работы.

При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 секунд. В первые 2 секунды расходуется АТФ, а затем 6-8 секунд — КрФ. Через 30 секунд после физической нагрузки запасы АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через 3-5 минут — полностью.

Фосфатная система важна для взрывных и кратковременных видов физической активности — спринтеры, футболисты, прыгуны в высоту и длину, метатели диска, боксеры и теннисисты.

Для тренировки фосфатной системы непродолжительные энергичные упражнения чередуют с отрезками отдыха. Отдых должен быть достаточно длительным, чтобы успел произойти ресинтез АТФ и КрФ (график 1).

Через 8 недель спринтерских тренировок количество ферментов, которые отвечают за распад и ресинтез АТФ, увеличится. После 7 месяцев тренировок на выносливость в виде бега три раза в неделю запасы АТФ и КрФ вырастут на 25-50%. Это повышает способность спортсмена показать результат в видах деятельности, которые длятся не более 10 секунд.

Фосфатная система ресинтеза АТФ называется анаэробной и алактатной, потому что не нужен кислород и не образуется молочная кислота.

Кислородная система ресинтеза АТФ

Кислородная (аэробная) система ресинтеза АТФ поддерживает физическую работу длительное время и важна для спортсменов на выносливость. Энергия выделяется при взаимодействие углеводов и жиров с кислородом. Окисление углеводов требует на 12% меньше кислорода по сравнению с жирами. При физических нагрузках в условиях нехватки кислорода энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов. После исчерпания запаса углеводов к энергообеспечению подключаются жиры. Запаса углеводов (гликоген в печени и мышцах) хватает на 60-90 минут работы субмаксимальной интенсивности. Запасы жиров в организме неисчерпаемы.

Важно. Тренированный спортсмен будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком. Тренированный человек экономит углеводы, запасы которых небезграничны.

Окисление жиров:

Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода

Углекислый газ выводится из организма легкими.

Распад углеводов (гликолиз):

Первая фаза: глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота

Вторая фаза: молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода

Чем больше кислорода способен усвоить организм человека, тем выше аэробные способности. Высокие показатели лактата во время нагрузки указывают на несостоятельность аэробной системы. Тренировки могут улучшить аэробные способности на 50%. При недостатке кислорода молочная кислота накапливается в работающих мышцах, что приводит к ацидозу (закислению) мышц. Болезненность мышц — это характерная черта нарастающего ацидоза (боль в ногах у велосипедиста или бегуна, боль в руках у гребца).

Важно. Ацидоз начинается на ускорение. При нарастающем ацидозе спортсмен не способен поддерживать тот же уровень нагрузки. Спортсмен, способный оттягивать момент ацидоза, с большей вероятностью выиграет гонку.

Лактатная система ресинтеза АТФ

Прсле определенного уровня интенсивности работы организм переходит на бескислородное (анаэробное) энергообеспечение, где источник энергии — исключительно углеводы. Интенсивность мышечной работы резко снижается из-за накопления молочной кислоты (лактата).

Глюкоза + АДФ → молочная кислота + АТФ

Ресинтез АТФ идет за счет лактатного механизма:

  • несколько минут в начале любого упражнения пока легкие, сердце и системы транспорта кислорода не приспособятся к потребностям нагрузки;
  • при беге на 100, 200, 400 и 800 м, а также во время любой другой интенсивной работы, длящейся 2-3 мин;
  • в беге на 1500 м вклад аэробного и анаэробного энергообеспечения — 50/50;
  • при кратковременном увеличении интенсивности работы — при рывках, преодолении подъемов, во время финишного броска, например, на финише марафона или велогонки.

Лактат может быть в 20 раз выше нормы. Максимальная концентрация молочной кислоты достигается в беге на 400 м. С увеличением дистанции концентрация лактата снижается (График 2).

Отрицательные эффекты высокого лактата

  • Мышечная усталость. Если начать длительный бег в высоком темпе или рано приступить к финишному рывку, мышечная усталость, вслед за ростом концентрации лактата, не даст спортсмену выиграть гонку.
  • Ацидоз (закисление) мышечных клеток и межклеточного пространства. Может потребоваться несколько дней, чтобы ферменты снова нормально функционировали и аэробные возможности полностью восстановились. Частое повторение интенсивных нагрузок (без достаточного восстановления) приводит к перетренированности.
  • Повреждение мышечных клеток. После напряженной тренировки в крови повышается уровень мочевины, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и аланинаминотрансферазы (АлАТ). Это указывает на повреждение клеток. Чтобы показатели крови снова пришли в норму требуется от 24 до 96 ч. В это время тренировки должны быть легкими — восстановительными.
  • Нарушение мышечного сокращения влияет на координацию. Тренировки на технику не следует проводить если лактат выше 6-8 ммоль/л.
  • Микроразрывы. Незначительные повреждения мышц могут стать причиной травмы при недостаточном восстановление.
  • Замедляется образование КрФ. Лучше не допускать высоких показателей лактата во время спринтерских тренировок.
  • Снижается утилизация жира. При истощение запасов гликогена энергообеспечение окажется под угрозой, поскольку организм будет не способен использовать жир.

На нейтрализацию половины накопившейся молочной кислоты требуется около 25 минут; за 1 час 15 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Активное восстановление («заминка») очень быстро снижает лактат. В восстановительной фазе лучше выполнять непрерывную, а не интервальную работу (График 3).

Энергетические запасы

Важно. Запаса АТФ хватает на 2-3 секунды работы максимальной мощности. Креатинфосфат (КрФ) расходуется через 8-10 секунд максимальной работы. Гликогеновые запасы заканчиваются через 60-90 минут субмаксимальной работы. Запасы жира практически неисчерпаемы (График 4).

Таблица 1.1 Порядок подключения энергетических систем при физической нагрузке максимальной мощности. Анаэробный — без участия кислорода; аэробный — с участием кислорода. Алактатный — молочная кислота не вырабатывается; лактатный — молочная кислота вырабатывается.

Исчерпание запасов креатинфосфата в мышцах является основной причиной утомления при беге

Утомление — это обратимое состояние организма, характеризующееся снижением работоспособности и/или физического, психического или душевного самочувствия (Steinacker, 2003).

Утомление может по-разному отрицательно влиять на спортивную работоспособность. Физическая активность в течение продолжительного времени или многостороннее и неоднократное выполнение заданий на координацию движений, требующих концентрации, могут привести к утомлению центральной нервной системы, которое проявляется в нарушении восприятия раздражителя и ослабленной реакции на его действие, в результате чего подобное задание не может быть выполнено. Такую форму утомления называют центральным утомлением.

центрального утомления следует отличать мышечное утомление, которое также называют периферическим утомлением. В большинстве случаев оно тесно связано с центральным утомлением, и эти два вида утомления обычно тесно связаны друг с другом. Мышечное утомление является результатом воздействия интенсивной или продолжительной мышечной нагрузки. Формы его проявления разнообразны и имеют прямое отношение к виду предшествующей нагрузки. Так, физиологические причины утомления после 100-метрового бега и после марафона будут абсолютно разными.

Обычно в спорте понятие утомления используется для описания снижения мышечной работоспособности. Одновременно утомление инициирует процессы регенерации, приводящие к восстановлению мышечной работоспособности. Способность к восстановлению после нагрузки — это характерная черта мышечного утомления, отличающая его от мышечной слабости, например, вследствие заболевания мышц (миопатии).

Запомните: Важным признаком, отличающим мышечное утомление от мышечной слабости, является способность мышц к регенерации и восстановлению мышечной силы после нагрузки (Green, 1997).

Физиологические основы мышечного утомления имеют комплексный характер и требуют дальнейшего изучения. Причинами утомления мышц помимо изменения в проведении импульса могут быть уменьшение энергетических запасов, накопление продуктов обмена веществ и изменения сократимости мышечных волокон. Кроме того, ученые не исключают, что причиной утомления мышц может быть смещение ионного равновесия между внутриклеточным пространством и ин-терстицием. Разные причины утомления мышц часто присутствуют одновременно, но каждая из них, в зависимости от формы нагрузки, имеет свою долю в общем процессе утомления. Многосторонний характер мышечного утомления осложняет возможность точного измерения этого состояния. Широко используются такие методы, как измерение снижения мышечной работоспособности, анализ крови, биопсия мышц, электромиография и опросники субъективных ощущений утомления (Nicol et al„ 2006).

Факторы воздействия на мышечное утомление так же многогранны, как и методы измерения. Решающую роль играют такие параметры, как продолжительность, интенсивность и вид мышечной нагрузки. Важными характеристиками являются тренированность, возраст, пол, конституция, а также внешние факторы, например температура и атмосферное давление (Glaister et al., 2005).

Энергетическое утомление

Энергетическому утомлению подвержены все компоненты системы энергетического снабжения. По данным биопсии мышц было показано, что утомление после многочисленных максимальных сокращений было связано с исчерпанием запасов креатинфосфата. Утомление при этом было установлено как на основе субъективных параметров (ощущение утомления), так и объективных показателей (снижение мышечной работоспособности). Также после многочисленных высокоинтенсивных сокращений мышц можно измерить сокращение запасов АТФ в мышцах. Поскольку энергетическая система постоянно синтезируют АТФ, его концентрация снижается незначительно и медленнее, чем концентрация креатинфосфата. Уменьшение концентрации обоих энергоносителей при кратковременной нагрузке, по всей видимости, синергетически влияет на возникновение состояния утомления (Green, 1997).

Запасы АТФ в мышцах поддерживаются за счет аэробной и анаэробной ферментации гликогена и жирных кислот. При нагрузках более нескольких секунд гликоген является основным источником АТФ. При более продолжительных нагрузках, как было показано при биопсии, утомление повышается одновременно с уменьшением мышечных запасов гликогена. При продолжительных нагрузках количество гликогена постоянно уменьшается и организм переходит на синтез энергии за счет метаболизации жиров. Количество гликогена наиболее заметно уменьшается в течение первых 75 мин нагрузки, что оказывает соответствующее влияние как на субъективные, так и на объективные показатели утомления. Марафонцы, пробежав дистанцию 29-35 км, ощущают резкое увеличение утомления, которое помимо психологических факторов обусловливается, по-видимому, низким содержанием гликогена в мышцах. Биопсия мышц показала, что расщепление гликогена в мышце происходит неравномерно. Так, при нагрузке, направленной на развитие выносливости, исчерпываются запасы гликогена в мышечных волокнах типа I, в то время как в мышечных волокнах типа II даже после марафона остается достаточный резерв гликогена (Green, 1997).

Читать еще:  Что делать чтобы бок не болел при беге

Непрерывный расход мышечных запасов гликогена влечет за собой все большее поступление глюкозы из крови и печени в мышцы. Поскольку процесс транспорта глюкозы из печени протекает относительно медленно, высокий расход мышечного гликогена при интенсивной нагрузке приводит к недостатку глюкозы в печени, что, в свою очередь, является причиной быстрого утомления. Таким образом, создается впечатление, что снижение уровня гликогена оказывает только опосредованное влияние на утомление. Более правдоподобным представляется предположение о том, что здесь речь идет только о первой ступени каскада утомления. Для того чтобы в условиях окислительного энергообмена поддержать процесс метаболизма в цикле лимонной кислоты и дыхательной цепи, необходимо определенное количество мышечного гликогена. Особое значение имеет при этом постоянное производство восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАД+), необходимое для поддержания окислительного метаболизма (Wagenmakers, 1998). При снижении синтеза НАД+ наступает резкое утомление, несмотря на достаточное количество жирных кислот. Подобным образом ведет себя и оксалацетат, ограничивающий метаболизм жиров.

Утомление в связи с накоплением продуктов обмена веществ

Накопление промежуточных и конечных продуктов гликолиза и окислительного метаболизма, как и наличие субстратов, вносит свой вклад в возникновение субъективного и объективного утомления. При очень кратко длящихся и быстрых сокращениях мышц одновременно снижается концентрация креатинфосфата и увеличивается количество креатина и свободного фосфата. Утомлению мышц особенно способствует повышение концентрации внутриклеточного фосфата. При расслаблении эта реакция идет в обратном направлении и креатинфосфат образуется заново.

Еще одним известным промежуточным продуктом обмена веществ является молочная кислота, которая образуется при интенсивной нагрузке краткой или средней продолжительности. Повышение кислородного долга приводит к экспоненциальному повышению концентрации молочной кислоты, которая в результате диссоциации образует лактат и ионы водорода (Н+) (Wagenmakers, 1998). Когда физиологическая буферная емкость исчерпывается, ионы Н+ способствуют снижению показателя кислотности (pH) в мышцах и крови, т. е. их закислению. Базовый уровень pH, при физиологических условиях составляющий 7,1, при изнуряющей мышечной нагрузке может снижаться до 6,6-6,4, что оказывает отрицательное влияние на активность различных ферментов, участвующих в обмене веществ и энергии. Важным ферментом, зависящим от уровня pH, считается фосфофруктокиназа (ФФК), которая участвует в процессе гликолиза и непосредственно влияет на скорость образования АТФ. Снижение pH до 6,4 приводит к быстрому уменьшению содержания АТФ и, таким образом, к утомлению мышц. По всей видимости, снижение pH при нагрузках продолжительностью не более минуты является основной причиной утомления, которое проявляется в неспособности мышц к дальнейшим сокращениям. Такая форма утомления наблюдается, например, когда у спортсмена, пробежавшего 400 м, на финишной прямой высота махового движения коленом становится значительно меньше. На восстановление оптимального значения pH после интенсивной нагрузки в спринте уходит около 30-35 мин (Ross et al., 2001).

Процессы нервно-мышечного утомления

Ранее считалось, что причиной мышечного утомления является изменение положения заряженных частиц в мышцах. Это было основано на данных, показывающих, что после повторяющейся и продолжительной нагрузки изменялся процесс распространения возбуждения, а также соотношение ионов в мышечных волокнах и интерстициальной жидкости. Было отмечено, что после продолжительной нагрузки содержание ионов калия (К+) в интерстициальной жидкости увеличивалось, что приводило к сокращению величины потенциала действия. Также был описан важный механизм изменения внутриклеточных сигнальных процессов. Исследователи показали, что уменьшение потенциала действия при утомлении оказывает отрицательное влияние на выброс внутриклеточного кальция в саркоплазматический ретикулум (Clausen, Nielsen, 2007). Вследствие этого снижаются возбудимость и сократимость мышц. И наоборот, было продемонстрировано, что вещества, которые прямо или косвенно активируют АТФ-зависимый натрий-калиевый насос, поддерживают выброс кальция, что позволяет отсрочить наступление утомления (McKenna et al., 1996).

Вышеописанные формы утомления опираются на механизмы, действующие внутри мышечных волокон. Еще один вид мышечного утомления заключается в изменении процесса передачи возбуждения в области нервно-мышечного соединения. Это видно по изменению ЭМГ-сигнала при росте утомления. Причина изменения нервно-мышечной передачи пока неизвестна. Полагают, что изменение передачи потенциалов действия обусловлено снижением концентрации нейромедиатора ацетилхолина в синаптической щели. Возможными причинами этого могут быть уменьшение выделения либо синтеза ацетилхолина или гиперактивность холестериназы, фермента, расщепляющего ацетилхолин. Еще одной причиной нервно-мышечного утомления может быть десенсибилизация постсинаптической мембраны мотонейронов из-за постоянного возбуждения. Обратная сенсибилизация постсинаптической мембраны возможна только после прекращения нагрузки.

Moveout

Прежде чем мы описать систему MOVEOUT, я хочу, чтобы вы вообще понимали какие процессы происходят в мышцах при работе. Я не буду вдаваться в мельчайшие подробности, дабы не травмировать вашу психику, поэтому расскажу о самом важном. Что же, возможно многие не поймут этот раздел, но советую его хорошо изучить, так как благодаря нему вы поймете как работают наши мышцы, а значит поймете как их правильно тренировать.

Итак, основное, что нужно для работы наших мышц – это молекулы АТФ с которой мышцы получают энергию. От расщепления АТФ образуется молекула АДФ + энергия. Вот только запасов АТФ хватает в наших мышцах всего на 2 секунды работы, а далее идет ресинтез АТФ из молекул АДФ. Собственно, от типов процессов ресинтеза АТФ и зависит работоспособность и функциональность.

Итак, выделяют такие процессы. Они обычно подключаются друг за другом

1. Анаэробный креатинфосфатный

Главным преимуществом креатинфосфатного пути образования АТФ являются

  • малой время развертывания,
  • высокая мощность.

Креатинфосфатный путь связан с веществом креатинфосфатом. Креатинфосфат состоит из вещества креатина. Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким сродством с АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате реакции гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ.

Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ.

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. Данный путь ресинтеза АТФ иногда называют креатикиназным, иногда фосфатным или алактатным.

Креатинфосфат – вещество непрочное. Образование из него креатина происходит без участия ферментов. Не используемый организмом креатин, выводится из организма с мочой. Синтез креатинфосфата происходит во время отдыха из избытка АТФ. При мышечной работе умеренной мощности запасы креатинфосфата могут частично восстанавливаться. Запасы АТФ и креатинфосфата в мышцах называют также фосфагены.

Фосфатная система отличается очень быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако она эффективна только в течение очень короткого времени. При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 с. Вначале в течение 2 с расходуется АТФ, а затем в течение 6-8 с – КФ.

Фосфатная система называется анаэробной, потому что в ресинтезе АТФ не участвует кислород, и алактатной, поскольку не образуется молочная кислота.

Эта реакция является главным источником энергии для упражнений максимальной мощности: бег на короткие дистанции, прыжки метания, подъем штанги. Эта реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических упражнений, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы.

2. Анаэробный гликолиз

По мере увеличения интенсивности нагрузки наступает период, когда мышечная работа уже не может поддерживаться за счет одной только анаэробной системы из-за нехватки кислорода. С этого момента в энергообеспечение физической работы вовлекается лактатный механизм ресинтеза АТФ, побочным продуктом которого является молочная кислота. При недостатке кислорода молочная кислота, образовавшаяся в первой фазе анаэробной реакции, не нейтрализуется полностью во второй фазе, в результате чего происходит ее накопление в работающих мышцах, что приводит к ацидозу, или закислению, мышц.

Гликолитический путь ресинтеза АТФ, так же как креатинфосфатный является анаэробным путем. Источником энергии, необходимой для ресинтеза АТФ в данном случае является мышечный гликоген. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под действием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюезо-1-фосфата после ряда последовательных реакций превращаются в молочную кислоту. Этот процесс называется гликолиз. В результате гликолиза образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатные группы, соединенные макроэргическими связями. Эта связь легко переносится на АДФ с образованием АТФ. В покое реакции гликолиза протекают медленно, но при мышечной работе его скорость может возрасти в 2000 раз, причем уже в предстартовом состоянии.

Время развертывания 20-30 секунд.

Время работы с максимальной мощностью – 2 -3 минуты.

Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем:

  • он быстрее выходит на максимальную мощность,
  • имеет более высокую величину максимальной мощности,
  • не требует участия митохондрий и кислорода.

Однако у этого пути есть и свои недостатки:

  • процесс малоэкономичен,
  • накопление молочной кислоты в мышцах существенно нарушает их нормальное функционирование и способствует утомлению мышцы.

1. Аэробный путь ресинтеза

Аэробный путь ресинтеза АТФ иначе называется тканевым дыханием – это основной способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый в мышцы кровью, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.

Кислородная, или аэробная, система является наиболее важной для спортсменов на выносливость, поскольку она может поддерживать физическую работу в течение длительного времени. Кислородная система обеспечивает организм, и в частности мышечную деятельность, энергией посредством химического взаимодействия пищевых веществ (главным образом, углеводов и жиров) с кислородом. Пищевые вещества поступают в организм с пищей и откладываются в его хранилищах для дальнейшего использования по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Запасы гликогена могут сильно варьироваться, но в большинстве случаев их хватает как минимум на 60-90 мин работы субмаксимальной интенсивности. В то же время запасы жиров в организме практически неисчерпаемы.

Читать еще:  Гимнастика для мужчин после 50 лет

Углеводы являются более эффективным “топливом” по сравнению с жирами, так как при одинаковом потреблении энергии на их окисление требуется на 12% меньше кислорода. Поэтому в условиях нехватки кислорода при физических нагрузках энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов.

Поскольку запасы углеводов ограничены, ограничена и возможность их использования в видах спорта на выносливость. После исчерпания запасов углеводов к энергообеспечению работы подключаются жиры, запасы которых позволяют выполнять очень длительную работу. Вклад жиров и углеводов в энергообеспечение нагрузки зависит от интенсивности упражнения и тренированности спортсмена. Чем выше интенсивность нагрузки, тем больше вклад углеводов в энергообразование. Но при одинаковой интенсивности аэробной нагрузки тренированный спортсмен будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком.

Таким образом, тренированный человек будет более экономично расходовать энергию, так как запасы углеводов в организме небезграничны.

Производительность кислородной системы зависит от количества кислорода, которое способен усвоить организм человека. Чем больше потребление кислорода во время выполнения длительной работы, тем выше аэробные способности. Под воздействием тренировок аэробные способности человека могут вырасти на 50%.

Время развертывания составляет 3 – 4 минуты, но у хорошо тренированных спортсменов может составлять 1 мин. Это связано с тем, что на доставку кислорода в митохондрии требуется перестройка практически всех систем организма.

Время работы с максимальной мощностью составляет десятки минут. Это дает возможность использовать данный путь при длительной работе мышц.

По сравнению с другими идущими в мышечных клетках процессами ресинтеза АТФ аэробный путь имеет ряд преимуществ:

  • Экономичность: из одной молекулы гликогена образуется 39 молекул АТФ, при анаэробном гликолизе только 3 молекулы.
  • Универсальность в качестве начальных субстратов здесь выступают разнообразные вещества: углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела, аминокислоты.
  • Очень большая продолжительность работы. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ может быть небольшой, но при физических нагрузках она может стать максимальной.

Однако есть и недостатки.

  • Обязательное потребление кислорода, что ограничено скоростью доставки кислорода в мышцы и скоростью проникновения кислорода через мембрану митохондрий.
  • Большое время развертывания.
  • Небольшую по максимальной величине мощность.

Поэтому мышечная деятельность, свойственная большинству видов спорта, не может быть полностью получена этим путем ресинтеза АТФ.

Примечание. Эта глава написана на основе учебника “ОСНОВЫ БИОХИМИИ СПОРТА” Автор: Кучерявый Всеволод Владимирович.

Собственно, вот эти 3 процесса энергетизации мышц влияют на каждое функциональное качество. Взрывная сила, масса мышц зависит в большей мере от креатинфосфатного процесса. Этот процесс обеспечивает возможность совершать быстрое, мощное движение с максимальным усилием, но очень непродолжительное по времени. Силовая выносливость (например, как в раундах в боевых искусствах), когда нужно совершать мощное усилие, но не максимальное, в течении 1-5 минут зависит от гликолитического процесса. А выносливость, когда нужно совершать умеренное усилие, но очень долгое время – аэробный процесс. Теперь зная как происходит работа в мышце, можно понять как выполнять упражнения для тренировки определенных навыков. Давайте рассмотрим это подробней в следующей главе.

Подполье MOVEOUT

Хотите помочь сообществу и получить дополнительные материалы и консультации

Участники подполья получают методику “Путь к Неоспоримому”, доступ к закрытым разделам и индивидуальные консультации.

Также советую подписаться на бесплатные обновления системы moveout

Конспекты по физической культуре

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

24. Физиолого-биохимическая характеристика утомления. Особенности развития утомления при выполнении работы разного характера. Физиолого-биохимическая характеристика восстановления после мышечной работы. Периоды восстановления. Классификация и краткая характеристика средств, используемых в спортивной практике для ускорения восстановительньж процессов и стимуляции работоспособности в избранном виде ФСД.

Одним из основных признаков утомления- снижение работоспособности, которая в процессе выполнения различных физических упражнений изменяется по разным причинам; поэтому и физиологические механизмы развития утомления неодинаковы. Они обусловлены мощностью работы, ее длительностью, характером упражнений, сложностью их выполнения.

При выполнении циклической работы максимальной мощности основной причиной снижения работоспособности и развития утомления является уменьшение подвижности основных нервных процессов в ЦНС; разрушается рабочая система взаимосвязанной активности корковых нейронов, в нейронах падает уровень содержания АТФ и креатинофосфата.

При циклической работе субмаксимальной мощности ведущими причинами утомления являются угнетение деятельности нервных центров и изменения внутренней среды организма. Причина этого- большой недостаток кислорода, вследствие которого развивается гипоксемия, снижение рН крови, увеличивается содержание молочной кислоты в крови.

Циклическая работа большой мощности приводит к развитию утомления вследствие дискоординации моторных и вегетативных функций. на протяжении нескольких десятков минут должна поддерживаться весьма напряженная работа сердечно-сосудистой и дыхательной систем для обеспечения интенсивно работающего организма необходимым количеством кислорода.

Длительность выполнения циклической работы умеренной мощности приводит к развитию охранительного торможения в ЦНС, истощению энергоресурсов, напряжению функций кислородтранспортной системы, желез внутренней системы и изменению обмена веществ. В организме снижаются запасы гликогена, что ведет к уменьшению содержания глюкозы в крови.

При различных видах ациклических движений механизмы развития утомления также неодинаковы. В частности, при выполнении ситуационных упражнений, при разных формах работы переменной мощности большие нагрузки испытывают высшие отделы головного мозга и сенсорные системы. Утомление развивается вследствие ухудшения пропускной способности мозга и снижения функционального состояния мышц. При статической работе основными причинами утомления являются непрерывное напряжение нервных центров и мышц.

В период восстановления развертывается своеобразный спектр различных реакций. Последействие работы характеризуется усилением кровообращения (увеличены частота сердечных сокращений, минутный объём крови, максимальное артериальное кровяное давление, расширена капиллярная сеть в работающих мышцах, уменьшено количество депонированной крови), повышением температуры работавших мышц, их тонического напряжения и возбудимости, изменением состояния центральной нервной системы и анализаторов, а также желез внутренней секреции.

Известно, что природа восстановительного периода с точки зрения физиологического механизма заключается в так называемых следовых явлений в тканях и центральной нервной системе. Следовые процессы – это общее свойство функционирования различных структур живого организма. Они достаточно полно представлены на различных «этажах» организации мышечной и нервной ткани.

Биологическая роль послерабочего периода состоит не только в восстановлении уровня измененных функций и энергетических ресурсов организма, но и в функциональных и структурных перестройках, т. е. в формировании эффекта тренированности.

Строго говоря, после физической нагрузке имеет место не восстановление функций до исходных данных в буквальном смысле слова, а переход к новому состоянию, отличному от дорабочего. Ведь если предположить, что происходит только восстановление, то нельзя понять характер увеличения силы, скорости и выносливости под влиянием тренировки. Поэтому не случайно многие исследователи пытались заменить термин «восстановление» понятиями «следовой процесс» или «последействие».

Восстановительный период рассматривают как конструктивный. В это время возникает суперкомпенсация в процессах обмена веществ в гладкой и скелетной мускулатуре. Явление суперкомпенсации проявляется в большем накоплении энергетических резервов в скелетных мышцах, в накоплении пластических материалов, обуславливающих их гипертрофию. Все эти изменения – непременное условие повышения функциональных возможностей организма, составляющее содержание состояния тренированности. Возникновение функциональных и морфологических изменений в организме под влиянием нагрузки, которые реализуются в восстановительном периоде – условие развития и совершенствования организма человека.

Таким образом, следовый процесс, созданный доминантным очагом, может быть достаточно стойким и инертным, что позволяет удерживать возбуждение и тогда, когда источник раздражения удален. После окончания мышечной работы наступает восстановительный, или послерабочий, период. Он характеризуется степенью изменения функций организма и временем, которое необходимо для их восстановления до исходного уровня. Изучение восстановительного периода необходимо для оценки тяжести конкретной работы, определения ее соответствия возможностям организма и установления длительности необходимого отдыха.

Восстановление – совокупность физиологических, биохимичих и структурных изменений, которые обеспечивают переход организма от рабочего уровня к исходному (дорабочему) состоянию. Чем больше энергетические траты во время работы, тем интенсивнее процессы их восстановления.

Вследствие функциональных и структурных перестроек, осуществляющихся в процессе восстановления, функциональные резервы организма расширяются и наступает сврехвосстановление (суперкомпенсация).

Процессы восстановления можно разделить на 3 периода:

1. Рабочий период – восстановительные реакции, которые осуществляются уже в процессе самой мышечной работы (восстановление АТФ, креатинфосфата, переход гликогена в глюкозу и ресинтез глюкозы из продуктов ее распада – глюконеогенез). Рабочее восстановление поддерживает норме функциональное состояние организма при выполнения мышечной нагрузки.

2. Ранний период – наблюдается сразу после окончания работы легкой и средней тяжести в течение нескольких десятков минут (восстановление выше названных показателей, нормализация кислородной задолженности, гликогена). Раннее восстановление лимитируется главным образом временем погашения кислородного долга. Погашение алактатной части кислородного долга происходит в течение нескольких минут и связано с ресинтезом АТФ и креатинфосфата. Погашение лактатной части кислородного долга обусловлено скоростью окисления молочной кислоты, уровень которой при длительной и тяжелой работе увелич-ся в 20-25 раз по сравнению с исходным, ликвидация этой части долга 1,5-2 часа.

3. Поздний период восстановления отмечается после длительной тяжелой работы и затягивается на несколько часов и даже суток. Нормализуется большинство показателей организма, удаляются продукты обмена в-в, восстанавливается водно-солевой баланс, гормоны и ферменты.

Регуляция восстановления осуществляется при участии нервного и гуморального механизмов.

Закономерности восстановительных процессов:

1. Неравномерность. Сразу после окончания тяжелой физической работы восстановление идет быстро, а затем скорость его снижается и наблюдается фаза медленного восстановления. После умеренных нагрузок погашение кислородного долга носит однофазный характер (фаза быстрого восстановления).

2. Гетерохронность – неодновременное протекание различных восстановительных процессов обеспечивает наиболее оптимальную деятельность целостного организма.

3. Фазность восстановления – 3 фазы:

– фаза пониженной работоспособности (сразу после работы);

– фаза повышенной работоспособности (при сверх восстановлении);

– фаза исходной работоспособности.

4. Избирательность восстановительных процессов. После аэробной работы восстановительные процессы показателей внешнего дыхания, сердечного цикла происходят медленнее, чем после нагрузок анаэробного характера.

5. Восстановительные процессы подвержены тренируемости.

1. Постоянные. Проводятся с целью профилактики – режим тренировок и отдыха, сбалансированное питание, дополнительная витаминизация, закаливание, общеукрепляющие физические упражнения, оптимизация эмоционального состояния.

2. Периодические. Осуществляется по мере необходимости – воздействие на биологически активные точки, вдыхание чистого кислорода, массаж, тепловые процедуры, ультрафиолетовое облучение, использование стимуляторов, не относящихся к допингам.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector